分组延迟、丢失和吞吐量

分组丢失和延时是怎样发生的？

在路由器缓冲区的分组队列

• 分组到达链路的速率超过了链路输出的能力
• 分组等待排到对头、被传输

【队列也是有限的，如果对列已经溢出了，那么分组就会被丢弃。但是分组队列不能太长，因为排队时间太长也会影响应用用户体验，有一个能够容忍的等待时间上限】

四种分组延时

        1. 节点处理延时（processing）【时间是确定的】

• 检查bit级差错
• 检查分组首部和决定将分组向何处

        2. 排队延时（queueing）【时间取决于当前网络的使用情况，是随机的】

• 在输出链路上等待传输的时间
• 依赖于路由器的拥塞程度

        3. 传输延时（transmission）

• R = 链路带宽（bps）
• L = 分组长度（bits）
• 将分组发送到链路的时间 = L / R
• 存储转发延迟

【假设，R = 1Mbps，L = 1Mbps，那么打一个比特需要多长时间？传输L需要多上时间？】

答：

        一个比特需要

        1 / R = 1μs

        因为R = 1Mbps，所以打1M需要1s，那么1bit就是 1 / R，1 兆字节(m)=8388608 比特(bit)。所以传输1个比特是需要持续一段时间的，不是一个点。

        L / R = 1s

【发送就是接收，所以在算传输延时的时候只能算1次】

        4. 传播延时（propagation）

• d = 物理链路的长度
• s = 在媒体上的传播速度（~2×10^8m / sec）
• 传播延时 = d / s

【如果两个节点距离很近，传播延时可以忽略】

【WAN: 在传输完了，才开始传播】

【LAN: 整个分组还没传输完，第一个bit就已经到了下一个路由器了】

【信道容量：WAN可以传播很多个分组，所以容量更大。LAN容量就几乎没有】

节点延时

• d_proc = 处理延时
  • 通常是微妙数量级或更少
• d_queue = 排队延时
  • 取决于拥塞程度
• d_trans = 传输延时
  • = L / R，对低速率的链路而言很大（如拨号），通常为微秒级到毫秒级
• d_prop = 传播延时
  • 几微妙到几百毫秒

排队延时

• R = 链路带宽（bps）
• L = 分组长度（bits）
• a = 分组到达队列的速率

        流量强度 I = La / R

• La / R ~ 0(接近于0) : 平均排队延时很小
• La / R -> 1（趋近于1）: 延时变得很大
• La / R > 1(大于1) ：比特到达队列的速率超过了从该队列输出的速率，平均排队延时将趋于无穷大

        设计系统时流量强度不能大于1！

ps：

【选择9的原因：如果选择10就会挂了】

分组丢失

• 链路的丢列缓冲区容量有限
• 当分组到达一个满的队列时，该分组将会被丢失
• 丢失的分组可能会被前一个节点（链路可靠，需要有应答，如WiFi，WLAN。物理链路比较可靠的情况下，上层的链路层协议就会放弃可靠的事情）或源端系统重传（链路不可靠，如以太网。以太网向上层提供的链路服务时不可靠的，因为地下比较可靠），或根本不会重传（应用进程如果通过UDP，就不会重传）

吞吐量

• 吞吐量：在源端和目标端之间传输的速率（数据量 / 单位时间）
  • 瞬间吞吐量：在一个时间点的速率
  • 平均吞吐量：在一个长时间内平均值

【吐出去，对方能够收到的有效的数据量】

link capacity：链路容量

pipe that can carry fluid at rate: 可以快速输送液体的管道

【一个细一点，一个粗一点，吞吐量取决于细的】

瓶颈链路：端到端路径上，限制端到端吞吐的链路

其他节点都不传输，吞吐量min{Rs, Rc}

【木桶效应】

【第 i 跳会有 n 个通信对在用，那么每个通信对能获得的第 i 跳带宽就是1 / n】